低频数字式相位测试仪的原理与使用

Posted 2020-12-09

随着电子测量技术的不断发展，相位测量已经成为测量技术中必不可少的一种测量方式，其中低频数字式相位测试仪的研制满足了各领域对于测量相位的需求,它能够精确测量两信号之间的相位差。本文章主要讲解低频数字式相位测试仪的工作原理与使用介绍。
相位差介绍：
低频数字式相位测试仪能精确测量相位差，那么相位差是什么，相位是交变信号的三要素频率、伏值、相位之一，而相位差则是研究两个相同频率交流信号之间关系的重要指标。相位差是测量两个同频率周期信号的相位差值。相位差又称相角差、相差、周相差或位相差。两个作周期变化的物理量的相之间的差值。它为正值时称前者超前于后者，为负值时则滞后于后者。它为零或π的偶数倍时，两物理量同相;为π的奇数倍时则称反相。
低频数字式相位测试仪参数介绍：
目前低频数字式相位测试仪，如SYN5607型相位计，此相位计具有操作简便、使用方便安全、备速度快、稳定可靠、精度高等优点，并且SYN5607型相位计采用对输入的两路信号通过比较器整形输入到单片机的中断口进行数据采集处理,并采用液晶来显示相位差。SYN5607型相位计可显示当前测量状态以及测试内容，并运用先进的数字时差测量技术，可对正弦、方波、三角波和梯形波的具体参数如：
SYN5607型相位计输入波形（正弦、三角、梯形波、方波），
输入阻抗1MΩ，
相位范围0°～360°或±180°
频率范围10Hz ～ 5MHz
幅度范围0.5Vrms ～100Vrms
测量精度相位测量精度±0.1°
相位分辨率0.01°
时间间隔显示分辨率1ns
频率测量精度 1E-6/s（10Hz～1kHz）或1E-8/s（1kHz～5MHz）。
SYN5607型相位计是一款可进行相位测量，频率测量，幅值测量的多功能频率相位测量仪器。

低频数字式相位测试仪使用方法：
将要测的信号分别接入通道1为第一路信号输入端口，通过相位测试功能测试相位；或通道2为第二路信号输入端口，通过相位测试功能测试相位，然后连接示波器进行查看频率和峰值的数值，从而对比出相位差。

低频数字式相位测试仪原理：
相位计就是测量相位差的仪器,低频数字式相位测量仪就是专门测量低频信号的相位差，一般频率是100Hz以内的正弦频率信号，高精度相位计一般是指测量精度特别高，一般测量精度在0.2度以内。SYN5607型相位计作为一款低频数字式相位测量仪，它的工作原理和误差源就是设计该相位计前需要了解的内容。
低频数字式相位测量仪测量相位是将输入的两路信号经过某种处理将其变成方波，再通过比较这2路方波计算出相位差脉宽，最后通过用高频脉冲填充相位差，这个过程就实现了相位差的测量。
低频数字式相位测试仪测试方法：
示波器法
示波器法是把两个被测信号同时加到双踪示波器的两个Y通道，直接进行比较，根据两个波形的时间间隔T与波形周期T的比，计算相位差Φ。示波器测量相位差缺点是精度不高。
（2）零示法
零示法其实是将被测信号和可变移相器串联然后和另一同频率信号同时加在相位比较器如示波器、指示器等上，调节可变移相器，使比较器指示零值相位，则移相器上的读值即为两信号间的相位差。这种测量方法的精度决定于所使用的移相器的精度，一般达十分之几度。
（3）直读式相位计法
直读式相位计最大的优势就是可以直接读取相位差。同事其测量速度也比较快，还能显示相位变化。一般而言直读测量相位差的方法有：数字式直读相位计法、矢量电压表法相敏检波器法和环形调制器法。其中前两种是目前低频数字式相位测量仪测试方法中最常见的，具体测试方法如下：
a、数字式直读相位计法
测量相位差的基本原理与测量时间间隔大体相同，见时频测量。即将被测两信号电压经过脉冲形成电路，变换成尖脉冲，去控制双稳态触发器，由此产生宽度为T的闸门信号。使时间闸门开启，时钟振荡器产生频率为f0的标准脉冲通过时间闸门加到计数器，计数值为N。可证明两信号间的相位差Φ正比于N，它们之间的相位差直接可以在计数器上读出。但是这种数字式直读相位计法适用于低频信号相位差的测量。
b、矢量电压表法
采用取样电路，将1～1 000MHz信号频率降低到固定的低频频率。
低频数字式相位测量仪误差源介绍：
在实际应用中对低频相位测量都提出了较高的相位测量精度和频率测量精度
，但是在测量过程中，也会引起误差，从而降低了相位测量的准确度。下面几点是引起误差的主要因素：
（1）相位计测量时电路引起的误差，包括几种阻抗引入的误差例如：两信号电压源阻抗、相位计的输入阻抗和连接到相位计输入端的接线阻抗。为了尽量减小此类误差建议在使用的过程中在相位计的输入端加入合适的隔离电路。
（2）波形误差与相位计的工作原理有关。过零检波法、矢量和测相技术会产生此类误差。
（3）除了这两种误差外，相位计自身也存在误差，相位计自身的误差一般是指两通道中电平变化引起的误差，这个误差就是一般相位计技术参数里提出的准确度指标。如将相位计送检，检定的都这个误差。主要是前两种误差受测量条件的影响比较大，所以不建议将他们考虑在最基本的准确度中。
低频数字式相位测试仪应用领域：
低频数字式相位测试仪能用于多个领域对相位差的测量，比如在电工仪表、同步监测的数据处理、电工实验，这些都需要测量两列同频信号的相位差。比如电力系统的电网并合闸时，要求两电网的电信号之间的相位相同，就需要精确测量两列工频信号的相位差。还比如在水深测量、电磁波测量、频率特性研究、相位检测装置、激光测距等领域，同样需要精确测量两信号之间的相位差。
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